随着电动汽车追求更长的续航、AI数据中心消耗越来越高的电能，行业对功率芯片的要求也达到了前所未有的高度。以碳化硅（SiC）、氮化镓（GaN）为代表的宽禁带半导体凭借其高频、高效、耐高压的特性，成为破解能源瓶颈的关键。
传统封装中长的键合线和复杂布线会产生高寄生电感，导致开关瞬间产生严重的电压尖峰、振荡和额外损耗。不仅限制了性能发挥，还可能引发过电压击穿和电磁干扰，正在成为制约宽禁带器件性能的核心瓶颈。
功率芯片嵌埋技术并非简单的封装形式变化，而是一项系统级的工程解决方案。
通过功率芯片嵌埋这种根本性的结构变革，从源头上重构了电流与热的路径。系统性解决了宽禁带半导体（SiC/GaN）在传统封装下应用时面临的三大核心挑战：高寄生参数、散热困难和可靠性挑战。
宽禁带器件（如SiC）开关速度比硅器件快10倍以上，传统封装中的长键合线和复杂布线会产生高寄生电感，导致开关瞬间产生严重的电压尖峰、振荡和额外损耗，不仅限制了芯片性能发挥，还可能引发过压击穿和电磁干扰。
图源：Technical Understanding of Resin-Coated-Copper (RCC) Lamination Processes for Realization of Reliable Chip Embedding Technologies&High-Frequency Non-Invasive Magnetic Field-Based Condition Monitoring of SiC Power MOSFET Modules
嵌埋技术如何破解：通过将功率芯片嵌入PCB内部，用电镀铜柱直接替代键合线，将电流回路的长度和面积缩至最小。极大降低了寄生电感，电压尖峰和寄生振荡显著减小，开关损耗降低。
SiC芯片面积通常只有同功率硅芯片的1/3到1/5，导致其热流密度飙升5-10倍。传统封装大多只能通过芯片单面散热，路径长、热阻大，热量无法快速导出，导致芯片结温过高，直接拖累性能和寿命。
PCB嵌埋功率芯片结构图示
图源：Printed circuit board embedded power semiconductors: A technology review Till Huesgen
嵌埋技术如何破解：PCB嵌埋技术实现了芯片的 “双面散热” 。芯片被嵌入PCB后，其背面可直接贴合大面积铜层，正面热量则通过电镀铜柱向上传导，形成高效的立体散热通道。此外，还可以引入嵌入式陶瓷绝缘方案（如高导热的Si₃N₄ AMB基板），其导热系数（>90W/mK）远超传统FR4材料，为高压大功率场景下的散热瓶颈提供了终极解决方案。
频繁的开关切换、巨大的热流冲击，加之不同材料热膨胀系数的差异，使得功率模块内部承受着极高的热机械应力。传统封装中，键合线极易因功率循环而疲劳脱落，焊点开裂也屡见不鲜，成为系统失效的主要原因。
嵌埋技术如何破解：通过将功率芯片嵌入PCB内部，用PCB过孔铜互连代替脆弱的键合线，消除了键合线疲劳脱落的主要隐患。通过优化匹配材料和叠层设计可有效减少热应力，提升循环寿命。
S-Cell嵌埋入PCB的框架
S-Cell(Standard Cell)的本质是一个预组装的标准化功率单元，其生产工艺始于带腔体的厚铜引线框架，功率芯片通过扩散焊接、瞬态液相键合（TLPB）或银烧结工艺连接，最终形成芯片表面与铜框架表面齐平的结构，这使得S-Cell能像普通元器件一样被层压嵌埋进PCB内部，减少应力集中导致的连接失效问题。
英飞凌(Infineon)的 S-Cell
图源：infineon.cn
S-Cell方案的核心优势：
标准化：大幅简化了设计、采购和组装流程，降低了嵌埋功率模块的应用门槛。
高性能：嵌埋后，开关半桥的寄生参数极低，热管理和互连可靠性达到新高度。
高集成度：可将栅极驱动器、母线电容等紧密布置在S-Cell周围，构成完整的超紧凑逆变“砖块”，功率密度惊人。
灵活可扩展：在PCB上灵活并联多个S-Cell，即可用同一封装架构覆盖不同功率等级，完美契合平台的模块化、扩展化战略。
AMB衬底的功率芯片嵌埋PCB的框架
SiC功率芯片的漏极通过银烧结或焊接工艺，直接装配在AMB基板的铜面上，源极和门极通过电镀铜柱与外部电路连接，AMB基板的下方铜层则通过过孔与底部散热面相连。
在功率模块中，芯片的背面（通常是漏极）是高压电位。如果将其直接连接到散热器的铜板上，会导致整个散热器带电，因此在芯片和散热器之间必须存在一个可靠的绝缘层。
PCB嵌埋功率模块时，如果使用FR4材料做绝缘，其导热系数只有0.3W/mK，极低的导热性会造成巨大的散热瓶颈。
通过在嵌埋功率模块的PCB结构中加入高导热的AMB（活性金属钎焊）陶瓷基板，在提供绝缘性能的前提下，其导热性能达到80 - 90W/mK，是FR4的数十倍乃至上百倍，成为解决高压、大功率场景下散热瓶颈的技术路径。
基于AMB绝缘的功率模块的核心优势：
满足高压设计：轻松满足800V及以上高压平台的严苛绝缘要求。
极致热路径：芯片热量通过AMB陶瓷直达散热器，热阻极低，散热效率倍增。
高功率密度：优异的散热性能允许设计更紧凑的模块，从而提升整体输出功率。
高可靠性：AMB材料及烧结连接界面在高温、高功率循环下的可靠性远优于传统有机材料。
下图展示了明阳电路生产的基于AMB绝缘的SiC嵌埋功率模块。我们不仅掌握了核心的嵌埋工艺，更能根据客户的具体需求，提供PCB解决方案。
明阳电路生产的SiC嵌埋功率模块
从电动汽车的电驱系统到AI数据中心的供电单元，PCB功率芯片嵌埋技术正以其在电气、热和可靠性方面的全方位优势，成为下一代功率电子技术的核心基石。
明阳电路致力于通过领先的PCB嵌埋技术，助力客户充分释放宽禁带器件的潜能，共同打造更高效、更可靠、更紧凑的电力世界。
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